开发奇妙的物理实验资源

开发奇妙的物理实验资源

初中物理新教材中的很多教学内容，都是要通过“科学探究”活动来学习的，学生在经历科学探究过程中体验学习科学的乐趣，掌握科学方法、感悟物理知识，从而形成良好的科学态度与价值观。然而，目前多数初中校尤其是农村校的实验器材与新教材还不能完全配套，实验室的有限器材不能满足新课程的需要。因此，倡导利用身边随手可得的物品进行实验探究活动，既可以解决或缓解实验器材不足的问题，又可以拉近物理学和生活的距离，使学生真切地感受科学和日常生活的密切联系，这对课程改革具有重要意义。

本文将介绍笔者在过往的教学实践中，带动学生巧利用生活用品精心研制、构思巧妙的物理教具和学具进行实验探究的案例，从中探讨实验资源开发与利用的方法和途径。

一、最简单的抽水机

实验素材无时不有，无处不在，只要我们处处留心、善于发现，日常生活中很多信手拈来的物品，都可以成为我们开发实验的好资源。

有一次我患重感冒，躺在病床上，当我看到护土拿着一支注射器和打吊针用的一次性塑料软管走过来时，我突发其想：要是能利用这些材料制作一件物理教具就好了，我苦思冥想了两天，结果出院时诞生了一件获得省二等奖的教具。

如图1，将打吊针用的一次性塑料软管较粗的那两段剪下来（在图中标注为A和B），A 两端各有一个口，上端口是出水口，下端口是进水口，B上端有现成的两个口，下端有一个口。将B上端的一个口与A下端进水口连接，另一个口与注射器相连接，再将B下端进水口放入水中，并事先分别在A．B内放进一颗小钢珠，这样就做成了一只最简单的活塞式抽水机。

反复抽动注射器的活塞，水就会从A出水口中源源不断地流出来。因A．B都是透明的，学生可以很清楚地看到抽水过程中软管内小钢珠的运动情况（即活塞阀门的开闭情况）。

由这件教具的制作材料，笔者明白了一个道理：我们身边可以用来做实验的物品比比皆是，可以利用的实验资源十分丰富，我们缺少的并不是资源，而是发现资源的慧眼和设计实验的智慧。尽管实验资源开发的途径、开发的方法多种多样，但最具价值的还应该是有创新的意识和思想。

二、十分神奇的光学仪器

身边司空见惯的物品摇身一变，可以演变出趣味无穷的科学实验：两个纸筒魔术般地组合，可以制成照相机、幻灯机、望远镜、显微镜等模型，并能生动地揭示这4种光学仪器的原理。

1．照相机。如图2，事先发给学生一只凸透镜（也可用放大镜或远视眼镜片代替），让他们准备两本16开的杂志，卷成两个大小不同的空心圆筒，在较小圆筒的一个端口蒙上一块半透明的塑料薄膜，在较大圆筒的一端口用胶纸固定上凸透镜，使小筒蒙有塑料薄膜的一端的能自如地套进大筒里，这样就制成了照相机。

上课时，让学生把上述装置带来，用大筒上的凸透镜对准教室里或窗外的明亮景物，前后移动小筒，使像距发生改变，这时，学生就可以观察远近不同的景物，并且可以在小筒塑料薄膜上得到一幅清晰的彩色图像。

此处，“要使图像放大或缩小时，相机应靠近或远离景物？”“暗箱应拉长或缩短？”这些历来教学中的难点，可在学生亲自动手操作、观察中被轻松突破，亲身感受所学得的物理知识，比用任何语言描述都更生动可信和印象深刻。

2．幻灯机。上述装置，还能被巧妙地改装成幻灯机：只要将小筒上半透明的塑料薄膜换成透明的塑料纸，并在塑料纸上画上景物（或直接换成印有图案的透明塑料包装纸，其实这就是现成的幻灯片）。用手电筒去照小筒开口端，则可在白墙上或在竖直放置书本的封底中出现一幅放大的彩色的景物像。

同样，“要使像放大或缩小该怎么办？”“幻灯片为什么应倒插”等问题，学生在观察中很容易掌握，学生在玩中学到了物理知识。

3．望远镜。在上述幻灯机装置中，学生只要将小筒上的塑料纸换成焦距比大筒上凸透镜（物镜）焦距短的凸透镜（当目镜用），便能改装成望远镜，通过前后移动小筒在大筒里的位置，可以看到远处的物体明显变近。

4．显微镜。将上述望远镜装置中的目镜与物镜位置调换，即可当显微镜用。

多数初中校的实验室中没有“正规”的演示照相机、幻灯机、望远镜、显微镜原理的模型，也就谈不上让全班学生亲自操作、观察和理解上述教学难点，而利用两个纸筒组合成的模型却能做到这一点。

利用上述日常用品做实验，还有以下优点：首先能减轻教师的工作负担，因为即便是条件较好的城市学校，教师也不可能做到每一节课的课前都为学生准备人人动手的教具。其次，学生课外也可以利用自制的学具反复动手操作，而不必担心损坏仪器，这样他们能够充分地动手、动脑，观察物理现象的发生、发展的全过程，反复品味其中的物理原理。

因此笔者认为，因陋就简做实验是利用“正规”仪器做实验的补充和延伸，对条件较好的学校也同样适宜，具有很强的生命力。

三、趣味横生的静电实验

静电实验历来很难做成功，如何巧妙设计实验、寻找容易带电材料，是实验成功的关键。

1．静电感应实验。如图3，取一根用过的圆珠笔芯，取下铜笔头，将残留的笔油洗净，用钳子把笔芯的正中央部分夹扁，在夹扁的部位扎个小孔，让铜笔头尖端恰好能插紧小孔，另取一根缝衣针，将有针眼一端固定在软木塞上（热水瓶塞），针尖朝上，将固定在圆珠笔芯上的铜笔头套针尖上，使它能在针尖上灵活转动。

由于上述装置中针尖恰好顶在铜笔头的小圆珠上，所以转动十分灵活。让学生用普通纸去摩擦支架上圆珠笔芯的一端使之带电，另取一根不带电的圆珠笔芯（或其他不带电的物体）

去靠近支架上笔芯的带电端，会看到它们将立即吸住，这就是奇妙的静电感应现象，十分有趣。

2．电荷相互作用实验。将两根笔芯用纸摩擦，一根笔芯架在上述针尖上的铜笔头中，另一根拿在手上，让它们带电端相互靠近，这时针尖上的笔芯就会被手中的笔芯推开，调换两根笔芯的位置，可以得到同样的结果，说明它们之间的作用是相互的。

3．同种电荷相互排斥实验。让学生取一段长20厘米的普通塑料包扎绳（包扎教材用的），在一端打个结，从另一端往打结端方向用手反复撕成许多条细塑料丝，然后将这束塑料丝平铺在桌面上，用手指使劲摩擦塑料丝（这是迅速带电的摩擦窍门），待手指发热时，提起塑料丝的打结端，这时可以惊奇地看到塑料丝像“着魔”似地自动散开，这个实验生动地说明了“同种电荷相互排斥”。

4．不同物体摩擦后带异种电荷实验。就利用上述这么一条随手可得的塑料包扎绳，还可以生动地说明两个不同物体摩擦后带的是异种电荷，而这一点是实验室的仪器没办法做到的：用学生有机塑料尺或三角板去跟装食品用的普通薄塑料袋摩擦，让带电塑料尺靠近上述带电塑料丝，会看到散开的塑料丝立刻紧抱塑料尺，而用上述带电薄塑料袋去靠近上述塑料丝，却会看到带电散开的塑料丝散得更开，不肯与塑料袋接触，这个实验可以形象地说明：有机塑料尺与塑料袋这两个不同物体摩擦后，带的是异种电荷。

若用实验室的绸子与玻璃棒摩擦后，绸子上的电荷将马上消失，而这里用塑料袋代替绸子，用有机塑料尺代替玻璃棒，电荷都可以长时间保留，实验现象十分明显。可见，一条普普通通的包扎绳，有了一个小小的创意，就能轻而易举地解决教学中的一个大难题。

这种利用随手可得的废弃学习用品、身边之物，精心设计的具有趣味性的实验极具创意：第一，利用一个并不起眼的小小铜笔头巧妙设计的灵敏支架装置和精心选择的极易带电的实验材料，使得本来较难的实验能轻易地做成；第二，类似简单、方便、切实可行的实验，为学生提供了更多的动手机会，使得人人动手做随堂实验成为了可能，为激发学生学习物理的浓厚兴趣、培养学生的创造思维能力创造了有利的条件。

四、灵敏多用的小磁针

在日常生活中，我们身边可以用来做实验的物品比比皆是，大到电冰箱、小到圆珠笔芯、缝衣针，都是可以利用的实验资源，这些物品通过巧妙的设计，就能发挥生活用品的实验功能，启发学生思维，激发学生的学习主动性和积极性。

如图4，受到上述灵敏支架装置的启发，还是利用上述小小的铜笔头和圆珠笔芯，我与学生一起发明了一根灵敏多用的小磁针：将圆珠笔芯铜笔头的笔油洗净，剪取一段1厘米长的圆珠笔芯套在笔头尖上，将一支磁化的缝衣针用火烤热后，横穿过上述圆珠笔芯的顶部，另取一根缝衣针，把有针眼的一端固定在软木塞（或泡沫塑料）上，将铜笔头套在针尖上，这就制成了一根极其灵敏的小磁针。

有了它，学生就可以动手做以下一系列实验：

1．指南针。

在教科书、参考书上介绍的指南针制作方法很多，但我觉得利用这种方法制作的指南针最简单、最灵敏，用手拨动小磁针，静止后，一端立即指向南，另一端立即指向北。